infome sobre resalto hidraulico

CARATULA …………………………………………………….Pág.1

INDICE……………………………………………………………Pág.2

I. INTRODUCCION………………………………………………...Pág.3

II. OBJETIVOS…………………………………………………….. Pág.4

III. MARCO TEORICO…………………………………………….. Pág.5

III.a DEFINICIONES………………………………………………… Pág.5

III.b. VERTEDERO HIDRAULICO………………………………… Pág.6

III.b.1 USO DE VERTEDEROS PARA MEDIR EL CAUDAL. Pág.6

III.b.2 FUNCIONES……………………………………………. Pág.7

IV. DESARROLLO DEL TEMA…………………………………… Pág.9

IV.a RESALTO HIDRAULICO……………………………………. Pág.9

IV.a.1 DEFINICION……………………………………………..Pág.9

IV.a.2 TIPOS…………………………………………………….Pág.9

IV.b CONSTRUCCIÓN DE UNA MAQUETA……………………Pág.10

IV.b.1 INTRODUCCION……………………………………. Pág.10

IV.b.2 ELEMENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA MAQUETA DE UN RESERVORIO…………………. Pág.11 IV.b.3 ELABORACION DE LA MAQUETA…………… Pág.11

IV.c APLICACION DE PROGRAMA EN EL CALCULO DE CAUDAL Y RESALTO HIDRAULICO…………………………………….. Pág.17

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………...

VI. BIBLIOGRAFIA Y LINKOGRACIA……………………………

I. INTRODUCCION

El presente trabajo consiste en visualizar el resalto hidráulico que se puede apreciar en un vertedero con inclinación, de una represa.

El objetivo de este trabajo es mostrar a través de pruebas experimentales como se puede medir el resalto hidráulico.

Pero el paso inverso de régimen rápido al lento se produce de forma brusca, con una fuerte disipación de energía, que se manifiesta por un conjunto de remolinos, previos a la elevación del calado correspondiente al régimen lento. Este efecto se conoce como resalto hidráulico.

En nuestro país se han construido represas para aprovechar su recurso hídrico, como las Poechos (Sullana), Gallito Ciego (Cajamarca) también tenemos el complejo Hidroeléctrico del Mantaro (Huancavelica), los cuales manejan grandes volúmenes de agua por segundo, los cuales son utilizados para producir energía y el caudal que no es necesario se elimina mediante los vertederos que se construyen en las represas.

MECANICA DE FLUIDOS- RESALTO HIDRAULICO Página 2

Ana01/01/2015

2015

FACULTAD DE INGENIERÌA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DOCENTE:

Giovene Pérez Campomanes

ASIGNATURA:

Mecánica de Fluidos

TEMA:

Resalto Hidráulico

INTEGRANTES:

GARCÍA SIANCAS, Pablo HERNANDES MACEDA, Manuel LOPEZ ROSALES, Cristian

II. OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL

Demostrar el resalto hidráulico, por medio de una rampa de desagüe con inclinación de una represa

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Demostrar la importancia de una rampa en el tramo final del desagüe Analizar las características y el funcionamiento del vertedero. Demostrar la disipación de la energía que se genera por la inclinación de

la rampa.


III. MARCO TEORICO:

III.a. DEFINICIONES: Represa: Es una estructura que

se emplaza en una corriente de agua para embalsarla y/o desviarla para su posterior aprovechamiento o para proteger una zona de sus efectos dañinos.

El aliviadero o vertedero: es laEstructura hidráulica por la que rebosa el agua excedentaria cuando la presa ya está llena.

Las compuertas: Son los dispositivos mecánicos designados a regular el caudal a través de la presa

Resalto hidráulico: Es el cambio que se da súbitamente bajo condiciones apropiadas, de una corriente que fluye rápidamente en un canal abierto a una corriente que fluye despacio con un área de sección transversal mayor y una elevación súbita en el nivel de la superficie del líquido.

Caudal: Se denomina caudal al volumen de agua que circula por el cauce de un río en un lugar y tiempo determinados.

Coeficiente de descarga: Es un factor adimensional característico de la válvula, que permite calcular el caudal con el que desembalsa una válvula en función del nivel del fluido en el embalse o reserva.


III.b. VERTEDERO HIDRAULICO

El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a propiciar el pase, libre o controlado, del agua en lo escurrimientos superficiales, siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas.

III.b.1 Uso de vertederos para medir el caudal (Q)

Los vertederos se utilizan como instrumentos de medición de caudales más antiguos, simples y confiables para medir el flujo del agua en un canal si se dispone de suficiente caída y la cantidad de agua a medir no es muy grande. Los vertederos son instrumentos efectivos de medición porque si tienen un tamaño y forma determinados en condiciones de flujo libre y régimen permanente, existe una relación definida entre la forma de la abertura determina el nombre del vertedero.

Desde el punto de vista de la sección por la cual se da el vertimiento:

Rectangulares

Trapezoidales

Triangulares

Circulares


III.b.2 FUNCIONES

Aliviadero como elemento de presa

Tiene varias finalidades entre las que se destaca:

Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias)

Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo. Disipar la energía para que la devolución al cauce natural no produzca

daños.

En una presa se denomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuación de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua.

Generalmente se descargan las aguas próximas a la superficie libre del embalse, en contraposición de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse.


Vertedero como elemento de canal

Los

vertederos se usan conjuntamente con las compuertas para mantener un río navegable o para proveer del nivel necesario a la navegación. En este caso, el vertedero está construido significativamente más largo que el ancho del río, formando una "U" o haciendo diagonales, perpendicularmente al paso. Dado que el vertedero es la parte donde el agua se desborda, un vertedero largo permite pasar una mayor cantidad de agua con un pequeño incremento en la profundidad de derrame. Esto se hace con el fin de minimizar las fluctuaciones en el nivel de río aguas arriba.

Los vertederos permiten a los hidrólogos un método simple para medir el caudal en flujos de agua. Conocida la geometría de la zona alta del vertedero y el nivel del agua sobre el vertedero, se conoce que el líquido pasa de régimen lento a rápido, y encima del vertedero de pared gruesa, el agua adopta el calado crítico.

Los vertederos son muy utilizados en ríos para mantener el nivel del agua y ser aprovechado como lagos, zona de navegación y de esparcimiento. Los molinos hidráulicos suelen usar presas para subir el nivel del agua y aprovechar el salto para mover las turbinas.

Debido a que un vertedero incrementa el contenido en oxígeno del agua que pasa sobre la cresta, puede generar un efecto benéfico en la ecología local del río. Una represa reduce artificialmente la velocidad del agua, lo que puede incrementar los procesos de sedimentación, aguas arriba; y un incremento de la capacidad de erosión aguas abajo. La represa donde se sitúa el vertedero, al crear un desnivel, representa una barrera para los peces migratorios, que no pueden saltar de niveles.

IV. DESARROLLO DEL TEMA

IV.a. RESALTO HIDRÁULICO


Ilustración 1. En las presas de materiales sueltos el aliviadero se dispone fuera del cuerpo de presa por razones de seguridad, en la foto

la presa de Poechos, Sullana, (Perú).

El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad. Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico.

IV.a.1. Tipos de resalto

El Bureau of Reclamation de los Estados Unidos investigó diferentes tipos de resalto hidráulico en canales horizontales, cuya base de clasificación es el número de Froude en la sección de aguas arriba


CONSTRUCCIÓN DE UNA MAQUETA

INTRODUCCIÓN:

Basándonos en todas las clases realizadas en mecánica de fluidos, es que hemos conceptuado y aplicado estas bases en la representación de la maqueta en la que a continuación le presentamos:

Se construyó esta maqueta con el fin de demostrar propiedades innatas del fluido y que podremos encontrar en todo tipo de construcciones hidráulicas, nos basamos únicamente en el desagüe de una represa, para demostrarles el resalte hidráulico y la disipación de la energía por medio de la forma dada a la estructura, también con la velocidad empleada se puede disipar toda esa energía establecida en el fluido.


ELEMENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA MAQUETA DE UN RESERVORIO

Triplay Tecno-Port Varillas de pino x3 Plástico Plancha metálica Pegamento Clavos Equipos(martillo, cortadora de tecno-Port) Barniz

ELABORACIÓN

Imagen 1: Dándole forma y curvatura a la rampa para la obtención del resalto hidráulico


Imagen 2: Iniciado las pruebas para darle la inclinación adecuada a la rampa

Imagen 3: Segunda prueba fallida al colocar la rampa con un nivel muy bajo de altura por lo que hacía que se retuviera el fluido en la estructura.


Imagen 4: Se encontró el nivel adecuado para demostrar el resalto hidráulico


Imagen 5: Finalizando la prueba de obtención del resalto hidráulico


Ilustración 6 Finalizando la estructuración de la represa y vertedero hidráulico

Ilustración 7 Impermeabilizando la parte interna de la represa con un material plástico

Ilustración 8 Asegurando las placas de metal en el vertedero para darle una superficie lisa


Ilustración 9 Sellando las juntas.

Ilustración 10 Finalización de la maqueta.

PRUEBA DE LA RAMPA PARA VER SI HAY RESALTO HIDRAULICO:

APLICACION DE PROGRAMA EN EL CALCULO DE CAUDAL Y RESALTO HIDRAULICO

Hcanales

El programa Hcanales, de diseño de canales y estructuras tiene la posibilidad de calcular el caudal en la ventana medición, que es justamente el diseño de disipador en vertederos, en esta parte el programa pide valores de entrada como un valor de la longitud de cresta (L), Carga sobre el vertedero (h), ya nos da el número de contracción que puede ser 0, 1 o 2m, y su coeficiente de descarga 2(para el tipo perfil creager). La ecuación que se utiliza es:

Q=Cd (L−0.1nh)h32

Calculo del caudal en un vertedero de perfil cresta aguda:

Escala de maqueta (1/100). Los cálculos se realizaran a datos de maqueta :


A escala real tendríamos:

Después de haber hallado nuestro caudal nos dirigimos a la ventana resalto- hidráulico, ahí nos pedirán ingresar datos como el caudal, ancho de solera (b) y el tirante (y).

Calculo del resalto Hidráulico a escala de maqueta:


Análisis: Según los tipos de resaltos con respecto al número de Froude, nuestro resalto hidráulico es débil, el ondulamiento de la superficie en el tramo de mezcla es mayor y aguas abajo las perturbaciones superficiales son menores. Se generan muchos rodillos de agua en la superficie del resalto, seguidos de una superficie suave y estable. La energía disipada esta en tre el 5 % - 15%.

Calculo del resalto Hidráulico a escala real:


V. CONCLUSIONES

Se logró demostrar el resalto hidráulico satisfactoriamente mediante la maqueta expuesta.

Se comprobó la importancia de la inclinación en el tramo final para evitar la erosión en el lecho del rio.

La disipación de la energía fue débil ya que el número de Froude fue de 1.8% (sin inclinación de rampa)

Se comprobó la disipación de energía gracias a la inclinación de la rampa en la parte final del desagüe, ya que el flujo se descargó en forma de chorro y se une al lecho del rio lejos de la estructura.


RECOMENDACIONES:

Para que el resalte hidráulico no dañe la estructura tenemos que diseñar la rampa con una inclinación adecuada.

Las dimensiones sobre la carga del vertedero se debe diseñar de acuerdo al caudal que se desea evacuar.

No se debe detener el 100% del caudal para así no afectar la biodiversidad rio abajo.


VI. BIBLIOGRAFIAS Y LINKOGRAFIAS

STREETER V. Mecanica de Fluidos; Mc Graw Hill, 9a Ed. 1999. CHOW V. T. Hidraulica de Canales Abiertos, Mc Graw Hill, 1994. AZEVEDO N., J. M. y Acosta A., G. Manual de Hidráulica. Sexta edición.

Harla, S. A. de C. V. México, 1976. Sotelo A., G., Hidráulica general. Volumen I, Editorial LIMUSA S.A.

Sexta edición, México, 1982 U.S. Bureau of Reclamation. “Design of Small Dams”. 3rd edition,

Revised 1987. Ven Te Chow. “Hidráulica de Canales Abiertos”. Editorial McGraw Hill.

Año 1994 http://usuraios.arnet.com.ar/marman/Proyecto_Final.htm


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